Phương pháp keo tụ. Hóa chất trợ keo tụ PAC

1.Quá trình keo tụ tạo bông

Keo tụ: là hiện tượng các hạt keo có kích thước nhỏ sẽ được liên kết với nhau tạo thành các hạt keo có kích thước lớn. Có nhiều cơ chế khác nhau dẫn đến hiện tượng keo tụ nhưng có thể chia làm hai giai đoạn chính là khử tính bền của hệ keo và tạo ra liên kết giữa chúng. Để khử được tính bền của hệ keo người ta quy về bốn cơ chế sau :

  • Nén ép làm giảm độ dày lớp điện tích kép.
  • Hấp phụ và trung hòa điện tích.
  • Lôi cuốn, quét cùng với chất kết tủa.
  • Hấp phụ và tạo cầu liên kết giữa các hạt keo.

Polyaluminium chloride

Có 4 phương pháp để huyền phù trở thành một hạt keo bao gồm:

  • Tăng lực Ion
  • Thay đổi pH
  • Đưa vào hệ một muối kim loại hóa trị III
  • Đưa vào một polymer tự nhiên hoặc polymer tổng hợp

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo bông:

  • pH của nước
  • Lượng hóa chất keo tụ
  • Nhiệt độ của nước
  • Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ
  • Thành phần nước thải

2. Một số chất trợ keo tụ trên thị trường

Tên sản phẩm Thương

hiệu

Nguồn gốc Thông số kỹ thuật
Polyaluminium chloride PAC Việt Nam (Viện Công nghệ Hóa học) Dạng rắn

Màu vàng nhạt

AỊ2O3 = 27%

pH = 6 – 6.5

Polyaluminium chloride PAC Trung Quốc Dạng rắn

AỊ2O3 = 36%

Polyaluminium chloride silicate sulfat PASSC™ Mỹ Dung dịch trong suốt

d = 1.21 – 1.26g/ml

pH = 2.4 – 3.4

AỊ2O3 = 10%

OH- = 55%

Polyaluminium sulfat PAS Trung Quốc Dạng dung dịch

Trong suốt không

màu

d =1 .2 g/ml

pH = 4.5

AI2O3 = 1 0 .8 %

OH- = 4.5%

Polyaluminium

silicate sulfat

PASS®100 Mỹ Dạng dung dịch

Trong suốt không

màu

d = 1.32-1.34 g/ml

pH = 2.8 – 3.6

AI2O3 = 1 0%

OH- = 55%

Pre-hydrolized aluminium sulfat PHAS®Liquid Mỹ Dung dịch trong suốt

d = 1.26g/ml

pH = 2 – 2.8

AI2O3 = 7.1%

OH- = 23%

 3. Các phương pháp điều chế chất keo tụ

Điều chế phèn nhôm truyền thống

Đầu tiên là sản xuất nhôm sulfat từ acid sulfuric và vật liệu chứa nhôm như: đất sét, quặng bauxite hay đi trực tiếp từ nhôm hydroxid. Khi dùng nhôm hydroxid thì sản phẩm thu được có chất lượng tốt nhất với hàm lượng Al 2O3 có thể đạt tới 17%, đồng thời hàm lượng sắt có thể ít hơn 0.04%. Công thức của nhôm sulfat là Al2(SO4)3.nH2O với loại thường gặp có n =18 và hàm lượng Al2O3= 15%.

Khi cho thêm muối sulfat của các nguyên tố hóa trị I như : K+, NH4+, vào quá trình phản ứng ta thu được phèn kép Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O hay Al2(SO4MNHị)2SO4.24H2O.

Ở miền B ắc nước ta thì sản xuất phèn đi từ kaolinite.

Al2O3.2SiO2.2H2O + 2KOH => 2KAlO2 + 3H2O + 2SiO24

2KAlO2 + 4H2SO4 + 2 0H2O => Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O

Tại miền Nam sử dụng nguyên liệu là nhôm hydroxid.

2Al(OH)3 + 3H2SO4 + 12H2O => Al2(SO4)3.18H2O

Điều chế Polyaluminium Chloride (PAC)

Có thể điều chế PAC từ các nguồn nguyên liệu khác nhau như: từ nhôm hydroxid, từ oxid nhôm, từ nhôm chlorua,… Công trình của Viện Công nghệ Hóa học Tp.HCM đã nghiên cứu – chế tạo thành công và đã đưa ra sử dụng sản phẩm PAC có hàm lượng Al2O3 đạt  30%. Sản phẩm này đã có mặt kịp thời để giải quyết vấn đề nước sinh hoạt cho bà con vùng lũ ở đồng bằng sông Cửu Long. PAC này được điều chế đi từ nguồn nhôm hydroxid và acid chlohydric ở điều kiện áp suất hơi quá nhiệt là 5atm (nhiệt độ khoảng 155 oC) trong thời gian 3 giờ. Theo phương trình phản ứng cơ bản.

nAl(OH)3 + (3n-m)HCl => Aln(OH)mCl3n-m + (3n-m)H2O

Điều chế Polyaluminium Sulfat (PAS)

Công trình của Jia Negyou, Lu Zhu và Xiang Quan ở Trung Quốc đã điều chế hợp chất keo tụ polyaluminium sulfat, đi từ nguyên liệu đầu là nhôm sulfat. Cho dung dịch Ca(OH)2 vào dung dịch Al2(SO4)3 ở 70oC với tỷ lệ :

Al2(SO4)3 : Ca(OH)2 : H2O = 5:1:12

Giữ tỷ lệ này không đổi trong suốt thời gian phản ứng 12 giờ. Đem hỗn hợp đi lọc lấy dung dịch qua lọc, cho thêm lượng nhỏ acid hữu cơ để ổn định sản phẩm. Hàm lượng nhôm oxit đạt được 10.8%, sản phẩm dạng lỏng. Sau đó đi xác định cấu trúc của PAs bằng phổ IR, nhiễu xạ tia X – XRD, NMR cho thấy PA là một hợp chất kiềm được tạo ra từ polymer Al13(SO4)2.(OH)5,… monomer và một lượng nhỏ ion.

Điều chế các Polyferric

Theo các tài liệu cho biết, các công trình nghiên cứu điều chế các polyferric đi từ dung dịch của sắt 3 hoặc sắt 2 được oxit hóa, sau đó duy trì ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao và để già hóa trong một thời gian. Kiểm tra sản phẩm thu được bằng phổ Raman cho thấy ngoài các pick của liên kết Fe-OH, Fe-SO4 còn thu được peak của liên kết Fe-O, chứng tỏ có tạo thành polymer.

Các polymer cô cơ tan trong nước trên cơ sở nhôm và sắt cùng làm chất keo tụ là đề tài mới mẻ và ngày càng được các nhà nghiên cứu khoa học quan tâm và phát triển.

(HOÀNG ANH VŨ, 2017)

Comments

comments